孫建華(綜述)，李　雁(審校)

(　1.武漢大學中南醫(yī)院腫瘤科 湖北省腫瘤生物學行為重點實驗室 湖北省腫瘤醫(yī)學臨床研究中心，武漢 430071；

2.恩施州中心醫(yī)院胃腸外科，湖北 恩施 445000)

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腫瘤醫(yī)學

Fas/FasL系統(tǒng)在腫瘤細胞凋亡中的研究進展

孫建華1,2△(綜述)，李雁1※(審校)

(1.武漢大學中南醫(yī)院腫瘤科 湖北省腫瘤生物學行為重點實驗室 湖北省腫瘤醫(yī)學臨床研究中心，武漢 430071；

2.恩施州中心醫(yī)院胃腸外科，湖北 恩施 445000)

摘要：Fas作為腫瘤壞死因子/神經生長因子受體超家族成員，在細胞凋亡及免疫調節(jié)中發(fā)揮重要作用。Fas系統(tǒng)是目前研究最清楚的介導細胞凋亡的信號轉導系統(tǒng)，主要由Fas及其相應配體(FasL)組成。細胞在接收到凋亡信號后，主要經外源性(死亡受體途徑)和內源性(線粒體途徑)兩條途徑引發(fā)細胞凋亡。此外，F(xiàn)as還可以促進腫瘤細胞侵襲和轉移。該文概述了Fas和FasL的分子特征及在腫瘤細胞凋亡中的最新研究進展。

關鍵詞：腫瘤；Fas；FasL；細胞凋亡

細胞凋亡是由于死亡信號觸發(fā)或內外環(huán)境變化，以及在基因調控下所引發(fā)的細胞主動死亡過程，是多細胞生物調控機體發(fā)育、維持內環(huán)境穩(wěn)定、控制細胞衰老的重要機制。細胞凋亡的發(fā)生和進行受精確調控，具有獨特而復雜的信號轉導系統(tǒng)。Fas/FasL系統(tǒng)是體內介導細胞凋亡的一對糖蛋白分子，在維持機體免疫自穩(wěn)[1]及腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中具有重要作用[2]。在大多數(shù)腫瘤細胞中，F(xiàn)as表達下降，而FasL表達增加，腫瘤微環(huán)境中免疫效應細胞凋亡，直接或間接促進了腫瘤逃避機體免疫系統(tǒng)的監(jiān)視，從而有利于腫瘤細胞的侵襲和轉移，但這也為腫瘤的治療提供了可能的途徑。現(xiàn)就Fas和FasL在腫瘤細胞凋亡中的最新研究進展予以綜述。

1Fas及FasL的分子生物學特點

Fas屬于腫瘤壞死因子受體和神經生長因子受體超家族成員，是一種Ⅰ型跨膜糖蛋白。人類Fas基因定位于第10號染色體C24.1區(qū)，互補DNA長度為2534 bp，編碼產物為319個氨基酸殘基、相對分子質量為36 000的跨膜蛋白，其分子結構包括膜外區(qū)、跨膜區(qū)和胞質區(qū)。膜外區(qū)為157個氨基酸殘基組成的信號肽，具有膜受體特征，氨基酸序列相對保守，當與FasL結合后啟動凋亡信號的跨膜傳遞；跨膜區(qū)位于分子結構的中段，由17個氨基酸殘基組成；胞質區(qū)的一段80~100氨基酸序列與腫瘤壞死因子受體胞質區(qū)高度同源，介導細胞凋亡，在傳遞凋亡信號中發(fā)揮關鍵作用，故該區(qū)稱為死亡結構域。因此，F(xiàn)as分子也被稱為“死亡分子”。 死亡結構域另外兩個結構序列-死亡效應結構域和胱天蛋白酶(caspase)募集結構域具有相似的結構特征，同屬于死亡結構域超家族成員，可通過同源蛋白結構域之間的相互作用發(fā)揮生物學功能。此外，在Fas分子的胞質段還含有阻抑結構域。在Fas未結合FasL前，該阻抑結構域結合Fas結合磷酸酶1使Fas呈抑制狀態(tài)。除上述膜結合型Fas外，還存在可溶性Fas，其區(qū)別在于有無跨膜區(qū)。可溶性Fas分子是由于異常拼接的轉錄翻譯所致，由于翻譯產物缺乏跨膜區(qū)而呈可溶性分泌。在生理狀況下，F(xiàn)as抗原可廣泛表達于胸腺細胞、活化的T淋巴細胞等免疫細胞表面，也可表達于肝、肺等組織細胞表面[3]。FasL又名CD178，是一種Ⅱ型跨膜糖蛋白，屬于腫瘤壞死因子配體超家族成員，可特異性地與Fas結合。人和小鼠的FasL基因都位于第1號染色體，含有5個外顯子。1994年，Takahashi等[4]克隆了人FasL的染色體基因和互補DNA。FasL是一個同源三聚體，有膜結合性FasL、可溶性FasL和微管相關性FasL。膜結合性FasL和可溶性FasL均以三聚體的形式與靶細胞上Fas結合，誘導Fas形成三聚體，介導細胞凋亡。

2Fas/FasL系統(tǒng)與細胞凋亡

在Fas/FasL系統(tǒng)介導的細胞凋亡信號轉導過程中，F(xiàn)as必須寡聚形成三聚體，從而將胞外的死亡信號轉入胞內，基本過程包括活化死亡受體分子：FasL或競爭性抗體與其相應的死亡受體結合后，F(xiàn)as胞質區(qū)經過轉錄后修飾，誘導Fas胞質段的阻抑結構域脫離Fas結合磷酸酶1，同時誘導Fas分子中的死亡結構域相互聚集，形成三聚體并募集到脂筏，三聚體的死亡結構域與連接蛋白分子FADD (Fas-associated death domain)中的死亡結構域結合；形成死亡誘導信號復合物：FADD分子的另一端含有可與胱天蛋白酶原(procapase)-8/-10相結合的死亡效應結構域，而procapase-8/-10亦含有死亡效應結構域，兩者可以通過同源蛋白結構域的相互作用，形成由Fas/FADD/procaspase-8/-10組成的死亡誘導信號復合物[5]；活化caspase家族：caspase被認為是凋亡效應器酶[6]，凋亡酶體中由于procapase的聚集而導致自身水解與活化，形成有活性的caspase-8/-10，后者可次第激活其同源酶家族中的其他酶原如其下游的procaspase-3/-6/-7)；完成凋亡過程：caspase-3為細胞凋亡信號轉導中的關鍵效應酶，其活化最終引發(fā)細胞凋亡。caspase-3可以激活DNA降解酶，包括多聚腺苷二磷酸-核糖多聚酶DNA磷酸激酶、Lamin B、蛋白激酶C θ和caspase活化的DNA酶抑制劑。caspase活化的DNA酶抑制劑剪接成caspase活化的DNA酶后移入核內降解染色質DNA，進而完成細胞凋亡過程。FasL與Fas結合，形成由Fas/FADD/Procaspase-8/-10組成的死亡誘導信號復合物，誘導caspase-8/-10的活化。在Ⅰ型細胞，caspase-8/-10可以直接活化下游的caspase-3/-6/-7而誘導細胞凋亡；在Ⅱ型細胞，活化的caspase-8/-10通過活化Bid(Bcl-2 interacting domain)為tBid，tBid轉位到線粒體膜上，并活化位于線粒體外膜上的Bax/Bak，從而使線粒體釋放細胞色素C入胞質，從而激活內源性凋亡途徑。

3凋亡的死亡受體通路與線粒體通路之間的聯(lián)系

細胞在接收到經Fas傳遞的凋亡信號后，主要經兩種途徑引發(fā)細胞凋亡，即外源性凋亡途徑(死亡受體途徑)和內源性凋亡途徑(線粒體途徑)。據(jù)此，將對Fas介導的細胞凋亡敏感細胞分為FasⅠ型細胞和FasⅡ型細胞兩種。Ⅰ型細胞(如胸腺細胞)通過caspase途徑誘導凋亡信號，而Ⅱ型細胞(如肝細胞)通過線粒體膜電位的消失，線粒體膜通透性增高，細胞色素C釋放，進而引發(fā)caspase級聯(lián)反應，導致細胞凋亡[7]。此通路由含BH3結構域的Bcl-2家族成員Bid、Bad等在接受到胞內的死亡信號后激活。Bcl-2家族蛋白是在細胞凋亡過程中起關鍵作用的一類蛋白。在線粒體上，Bcl-2家族蛋白通過與其他凋亡蛋白的協(xié)同作用，調控線粒體結構與功能的穩(wěn)定性，發(fā)揮著細胞凋亡“主開關”的功能；根據(jù)其在細胞凋亡中的不同作用可分為抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白兩類，抗凋亡蛋白包括Bcl-2、Bcl-xL等；而促凋亡蛋白包括Bax、Bak、Bid和Bad等[8]。在FasⅡ型細胞介導的細胞凋亡中，由于胞內沒有形成大量的死亡誘導信號復合物，不能形成足夠的caspase-8，因此，不足以激活下游的caspase-3/-6/-7。此時，caspase-8可以酶切細胞質溶質中完整的Bid，產生一個15 000 的C端肽段tBid，tBid肽段便可易位到線粒體外膜上，tBid有很強的凋亡活性，誘發(fā)促凋亡家族成員Bax和Bak寡聚化，啟動細胞色素C的釋放，進而引發(fā)細胞凋亡[9]。因此，Bid將凋亡信號從死亡受體途徑傳遞到線粒體途徑，把死亡受體通路與線粒體通路連接起來，放大了凋亡信號。細胞色素C的釋放是線粒體凋亡路徑的關鍵步驟，在腺苷三磷酸/脫氧腺苷三磷酸存在時，細胞色素C與凋亡蛋白酶活化因子形成多聚復合物，通過凋亡蛋白酶活化因子的caspase募集結構域募集胞質中的procaspase-9，并使其自我活化產生caspase-9，激活下游的caspase-3 /-6/-7，完成其相應底物的剪切，引起細胞凋亡[10]。由此可見，細胞色素C能激活procaspase， 而有活性的caspase也能刺激線粒體釋放細胞色素C，細胞凋亡信號分子相互影響，構成細胞凋亡的環(huán)形通路-死亡環(huán)。這樣，上游分子和下游分子的凋亡信號呈級聯(lián)放大效應。

4細胞凋亡的調控

Fas途徑介導的細胞凋亡受多種因素調控，包括：細胞型Fas相關死亡區(qū)域蛋白樣白細胞介素1β轉換酶抑制蛋白(FADD-like interleukin-1β converting enzyme inhibitory protein，c-FLIP)，是一類含有死亡效應結構域的凋亡抑制蛋白，其過量表達能抑制Fas介導的細胞凋亡[11]；FLIP的死亡效應結構域能與FADD和caspase-8結合，抑制caspase-8結合到死亡誘導信號復合物上，從而阻斷Fas介導的細胞凋亡；在穩(wěn)定轉染的BJAB(人B細胞淋巴瘤細胞株)細胞中，F(xiàn)LIPs可以阻斷死亡誘導信號復合物中caspase-8的激活，從而抑制Fas介導的細胞凋亡[12]；凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis proteins，IAPs)：IAPs是caspase的內源性抑制劑，能通過阻斷細胞凋亡所必需依賴的caspase蛋白的水解活性，進而抑制細胞凋亡；在死亡受體介導的細胞凋亡過程中，IAP不直接結合或抑制caspase-8，而是通過抑制caspase家族成員位于下游的效應因子caspase-3、caspase-7、caspase-9的活性而發(fā)揮作用，其中，IAP直接抑制caspase-3、caspase-7的活性，并直接與procaspase-9 結合而抑制caspase-9激活；X連鎖的凋亡蛋白抑制劑：X連鎖的凋亡蛋白抑制劑是唯一可與凋亡啟動因子caspase-9和效應因子caspase-3、caspases-7結合的凋亡抑制蛋白，其能以高親和活性與caspases-3、caspases-7和caspases-9結合，從而抑制其活性；X連鎖的凋亡蛋白抑制劑的過表達引起的caspase抑制是導致腫瘤細胞對多種化療藥物產生耐藥性的重要原因之一；因此，抑制X連鎖的凋亡蛋白抑制劑與caspase的結合有望成為克服腫瘤細胞耐藥性的新途徑[13]。

5Fas/FasL對腫瘤發(fā)生、發(fā)展的作用

正常情況下，F(xiàn)as高度表達于各種組織細胞，而在人類腫瘤發(fā)展過程中常伴有腫瘤細胞Fas表達缺失或功能喪失，但FasL表達卻增加[14]。Fas/FasL系統(tǒng)在腫瘤病理過程中的作用一直是人們研究的熱點問題，腫瘤細胞逃避免疫系統(tǒng)攻擊的重要機制之一就是由于存在Fas/FasL系統(tǒng)。一方面，癌細胞Fas表達下調以抵抗FasL表達導致的腫瘤浸潤細胞、細胞毒性T淋巴細胞的免疫攻擊；另一方面，癌細胞FasL表達可與Fas+的腫瘤浸潤細胞和Fas+的細胞毒性T淋巴細胞作用，通過Fas系統(tǒng)激發(fā)凋亡信號，殺傷腫瘤浸潤細胞和細胞性毒T淋巴細胞，使腫瘤細胞逃避免疫監(jiān)視，實施反擊。然而，研究表明，F(xiàn)as/FasL不僅能夠誘導細胞凋亡，還可促發(fā)多重信號通路抑制細胞凋亡，其表達異常與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及自身免疫性疾病有著密切的聯(lián)系[15]?？赡艿臋C制是通過核因子κB、絲裂原活化蛋白激酶及磷脂酰肌醇3-激酶通路介導，刺激細胞增殖，促進腫瘤細胞的遷移和侵襲[16]。Kleber等[17]對神經膠質瘤細胞凋亡的研究表明，F(xiàn)as的激活還可促進神經膠質瘤細胞的侵襲轉移，主要機制為活化的Fas可以誘導絲氨酸家族成員Yes和磷脂酰肌醇3-激酶活化，而活化的磷脂酰肌醇3-激酶可誘導基質金屬蛋白酶的表達，最終提高細胞的侵襲性。而Nijkamp等[18]的研究表明，高表達Fas的結腸癌細胞有助于腫瘤的發(fā)生、局部生長及遠處轉移，而下調Fas/FasL的表達水平能夠降低肝轉移的發(fā)生率。

6Fas/FasL在腫瘤治療中的應用進展

近年的研究表明，F(xiàn)as/FasL系統(tǒng)就像一把“雙刃劍”，在促進腫瘤增殖及凋亡中發(fā)揮著不同的作用[19]。根據(jù)Fas/FasL系統(tǒng)在不同腫瘤中發(fā)揮的促進凋亡或促進增殖的不同作用，人們期望能夠找到治療腫瘤的新靶點。針對Fas/FasL的腫瘤靶向治療主要應用在促進凋亡或阻斷凋亡兩方面。通過激活Fas/FasL而促進凋亡的治療有：重組可溶性FasL或Fas興奮性抗體[20]、FasL融合蛋白[21-22]、FasL前體藥物[23]等；早在20世紀90年代，人們就期望使用Fas抗體來激活Fas介導的細胞凋亡，但在小鼠腹腔內注入抗Fas抗體后，迅速引起小鼠肝細胞大量壞死，小鼠因肝衰竭而死亡[24]；近年來，一種新的重組FasL-APO010已經被證明可以在體外及體內誘導神經膠質瘤細胞的凋亡，Ⅰ期臨床試驗顯示出良好的效果[25]；Liu等[26]將重組的可溶性FasL與阿霉素聯(lián)合使用，對肝細胞癌顯示出明顯的協(xié)同抗凋亡作用，而在體內的移植瘤模型中同樣可觀察到這種效果；FasL基因治療[27]；化療藥物引起的Fas/FasL信號轉導：研究表明，多種化療藥物(如阿霉素、5-氟尿嘧啶、依托泊苷和順鉑等)的抗腫瘤機制可能就是誘導Fas或FasL表達上調，引起腫瘤細胞凋亡[28]。根據(jù)Fas在某些腫瘤細胞中可以促進細胞增殖而不是促進凋亡的特點，人們期望通過阻斷Fas的活化來達到腫瘤治療的目的，APG101就是其中的典型代表之一。APG101是一種含F(xiàn)as細胞外結構域的融合蛋白，能夠與FasL結合，從而阻斷Fas途徑介導的凋亡。該藥最初在健康志愿者和神經膠質瘤患者間進行了Ⅰ期臨床試驗，顯示出良好的耐受性[29]。

7小結

Fas/FasL在不同組織及不同細胞信號刺激下，可通過誘導細胞凋亡或增殖，來維持機體自身穩(wěn)定。但由于Fas/FasL系統(tǒng)是全身性活化，目前許多針對Fas/FasL系統(tǒng)的藥物表現(xiàn)出嚴重的全身性毒性反應，且療效尚不肯定，因此，針對Fas/FasL系統(tǒng)的抗腫瘤靶向治療目前主要還停留在臨床前階段。由于多種腫瘤細胞顯示出對Fas介導的凋亡的抵抗，并具有對放化療的耐受性，因此，將Fas介導的凋亡誘導劑與放化療聯(lián)合使用，將是今后腫瘤研究的重要方向。

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The Research Progress of Fas/FasL System in Tumor Cell ApoptosisSUNJian-hua1,2，LIYan1.(1.DepartmentofOncology,ZhongnanHospitalofWuhanUniversity,HubeiKeyLaboratoryofTumorBiologicalBehaviors&HubeiCancerClinicalStudyCenter,Wuhan430071,China; 2.GastrointestinalSurgeryDepartment,EnshiAutonomousPrefectureHospital,Enshi445000,China)

Abstract：The transmembrane protein Fas belongs to the tumor necrosis factor(TNF) that in turn belongs to the nerve growth factor(NGF) receptor super-family,which plays an important role in apoptosis and regulation of the immune system.Fas system is the most extensively studied system mediating apoptosis signaling transduction,mainly composed of Fas and its corresponding ligand (Fas ligand,FasL).There are two apoptosis signal pathways:the extrinsic(transmitted through death receptors,DR) and the intrinsic(mitochondrial) death pathways.Besides,Fas also facilitates the invasion and metastasis of tumor cells.Here is to summarize the latest progresses in the molecular characteristics of the Fas and FasL,and the most recent progress in the tumor cell apoptosis.

Key words：Tumor; Fas; FasL; Cell apoptosis

收稿日期：2014-12-18修回日期：2015-04-13編輯：鄭雪

基金項目：高等學校博士學科點專項科研基金(20120141110042)； 湖北省醫(yī)學領軍人才培養(yǎng)工程項目(鄂衛(wèi)生計生發(fā)〔2013〕4號)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.20.018

中圖分類號：R73-3

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)20-3694-03